способ контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете и устройство для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете, заключающийся в регистрации текущих значений параметров состояния летчика, сравнении полученных значений с эталонными данными и воздействии на состояние летчика, отличающийся тем, что в нем регистрируют обжатие летчиком ручки управления самолетом, усилие обжатия летчиком ручки управления, изменение траектории движения ручки управления, усилие упора ног летчика на педалях, положение головы, дыхательный процесс с замерами фазы вдох-выдох-пауза, давление кислорода и качество смеси в тракте кислородной системы самолета, давление в противоперегрузочном костюме летчика, критическую высоту, текущую высоту, величину перегрузки, при этом при отклонении значений регистрируемых параметров от эталонных в блоке анализа и управления формируют и передают сигнал на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации, при ее исключении летчиком блок анализа отменяет команду, поданную на звуковой синтезатор, а при отсутствии реакции летчика на информацию подается сигнал на включение систем воздействия и стимуляции летчика, на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета или заранее заданную высоту и включение автоматических систем управления полетом или посадкой, через бортовую радиостанцию передается сообщение о потере летчиком сознания, при выходе летчика из критического состояния он отменяет команды и переходит к управлению самолетом.

2. Устройство для контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете, содержащее последовательно соединенные блок измерителей, блок анализа и управления и выходной блок, отличающееся тем, что в нем блок измерителей выполнен в виде датчика обжатия летчиком ручки управления самолетом, датчика усилия обжатия летчиком ручки управления, смонтированных на ручке управления, датчика фиксации траектории движения ручки управления и датчика положения головы, размещенных в кабине самолета, датчика фиксации усилий упора ног летчика, смонтированного на педалях, датчика давления кислорода и датчика качества смеси, установленных в тракте кислородной системы самолета, датчика легочной вентиляции и термоанемометрического датчика, размещенных соответственно в кислородной маске летчика и в кислородном тракте самолета, пневмодатчика легочной вентиляции и пневмометрического датчика, смонтированных в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика, установленных на самолете радиовысотомера, баровысотомера, датчика перегрузки, датчика регистрации ответа летчика, датчика регистрации положения шасси, а выходной блок состоит из смонтированного в кабине самолета звукового синтезатора, бортовой радиостанции, систем воздействия на летчика и его стимуляции, автоматических систем управления полетом или посадкой самолета, системы катапультирования и системы внешней защиты самолета.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам контроля и управления функциональным состоянием оператора.

Известен способ определения психофизиологического состояния машиниста электропоезда, заключающийся в введении в блок памяти устройства среднестатистических данных о состоянии машиниста, в наклеивании на теле электродов, установке на нем манжеты для определения величины давления и подключении их к аппаратуре, позволяющей оперативно следить за физиологическим состоянием машиниста во время рейса, и сравнении текущих данных со среднестатистическими, что можно использовать для изменения режима труда и отдыха машиниста (авт. свид. СССР N 1421304, кл. A 61 B 5/16, 1988).

Недостатками способа являются отсутствие автоматического определения критического состояния машиниста и отсутствие возможности оперативного устранения нештатных ситуаций и критического состояния машиниста.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве ближайшего аналога способ контроля и управления функциональным состоянием оператора, сравнении полученных значений с эталонными данными, устранении рассогласования между ними и воздействии на состояние оператора (пат. СССР N 1708303, кл. A 61 B 5/16, 1992).

Недостатками известного способа является ограниченное количество измеряемых параметров для контроля функционального состояния оператора, отсутствие возможности устранения критического состояния оператора (потеря сознания), что может привести к аварии транспортного средства.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа, повышение достоверности определения состояния летчика в условиях полета, включая критическое, и исключение аварии самолета.

Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете, заключающемся в регистрации текущих значений параметров состояния летчика, сравнении полученных значений с эталонными данными и воздействии на состояние летчика, регистрируют обжатие летчиком ручки управления самолетом, усилие обжатия летчиком ручки управления, усилие упора ног летчика на педалях, положение головы, дыхательный процесс с замерами фазы вдох-выдох-пауза, давление кислорода и качество кислородной смеси в тракте кислородной системы самолета, давление в противоперегрузочном костюме летчика, критическую высоту, текущую высоту и перегрузки, при этом, при отклонении значений регистрируемых параметров от эталонных, блок анализа формирует и передает сигнал на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации. При ее исключении летчиком блок анализа отменяет команду, поданную на звуковой синтезатор, а при отсутствии реакции летчика на информацию подается сигнал на включение системы стимуляции летчика, на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета и включение автоматической системы управления полетом и посадки. При выходе летчика из критического состояния он отменяет команды и переходит к управлению самолетом.

Известно устройство для контроля и управления функциональным состоянием оператора, реализующее известный способ, содержащее последовательно соединенные блок измерителей, блок анализа и выходной блок (или блок воздействия) (пат. СССР, кл. A 61 B 5/16, N 1708303, опубл. 1992).

Недостатками известного устройства являются использование ограниченного количества датчиков для измерения параметров функционального состояния оператора и ограниченного количества средств воздействия на состояние оператора, исключающее воздействие в случае потери оператором сознания, и отсутствие средств, предотвращающих аварию транспортного средства.

Задачей изобретения в части устройства является расширение функциональных возможностей, повышение достоверности определения функционального состояния летчика в полете, исключение аварии самолета.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете включены последовательно соединенные блок измерителей, блок анализа и управления и выходной блок. Блок измерителей выполнен в виде датчика обжатия летчиком ручки управления самолетом, датчика усилия обжатия летчиком ручки управления, монтируемых на ручке управления, датчика фиксации траектории движения ручки управления и датчика положения головы, размещенных в кабине самолета, датчика фиксации усилий упора ног летчика, монтируемого на педалях, датчика давления кислорода и датчика качества кислородной смеси, установленных в тракте кислородной системы самолета, датчика легочной вентиляции и термоанемометрического датчика, размещенных соответственно в кислородной маске летчика и в кислородном тракте самолета, пневмодатчика легочной вентиляции и пневмометрического датчика, монтируемых в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика, датчика регистрации ответа летчика, установленных на самолете радиовысотомера, баровысотомера, датчика перегрузки, датчика положения шасси, а выходной блок состоит из звукового синтезатора, датчика регистрации ответа летчика, монтируемых в кабине самолета, бортовой радиостанции, системы воздействия на летчика в виде кислородо-, электро-, шумо- и звукостимуляторов, автоматической системы управления полетом и посадки самолета, системы катапультирования и системы внешней защиты самолета.

Устройство контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете состоит из последовательно соединенных блока измерителей "а", блока анализа и управления "б" и выходного блока "в" (см чертеж).

В блок измерителей "а" входят следующие датчики:

датчик 1 обжатия летчиком ручки управления самолетом смонтирован на ручке управления;

датчик 2 усилия обжатия ручки смонтирован на ручке управления и фиксирует усилие, с которым летчик обжимает ручку;

датчик 3 фиксации траекторий движения ручки управления в полете смонтирован в кабине самолета и фиксирует положение ручки во время полета;

датчик 4 положения головы смонтирован в кабине самолета и сигнализирует об отклонении положения головы от вертикали;

датчик 5 фиксации усилий упора ног смонтирован в самолете на педалях или других местах, предназначенных для упора ног; фиксирует концентрацию летчика для восприятия перегрузок;

датчик 6 легочной вентиляции смонтирован в кислородной маске летчика и регистрирует дыхательный процесс и правильное использование кислородного оборудования;

датчик 7 давления кислорода смонтирован в тракте кислородной системы самолета и сигнализирует об аварийном остатке кислорода;

датчик 8 качества смеси смонтирован в тракте кислородной системы самолета и сигнализирует о порциональном содержании кислорода, азота, углекислого газа в воздушной смеси, поступающей в дыхательную трубку летчика;

термоанемометрический датчик 9 смонтирован в кислородном тракте самолета и позволяет производить замеры фазы вдох-выдох-пауза;

пневмометрический датчик 10 смонтирован в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика и обеспечивает съем информации о давлении в противоперегрузочном костюме;

пневмодатчик 11 легочной вентиляции смонтирован в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика и обеспечивает возможность замера фазы вдох-выдох-пауза;

радиовысотомер 12 смонтирован на самолете для определения опасной высоты полета;

баровысотомер 13 смонтирован на самолете для определения текущей высоты полета;

датчик 14 перегрузки смонтирован на самолете для определения величины перегрузки;

датчик 15 смонтирован на самолете и сигнализирует об убранном шасси при взлете и выпущенном шасси при посадке;

датчик 16 регистрации ответа летчика смонтирован на самолете и регистрирует ответную реакцию летчика на запрос Системы

Блок анализа и управления "б" состоит из:

входного многоканального интерфейса;

блока обработки информации и формирования команд;

многоканального выходного интерфейса.

Входными элементами дискретного ввода являются схемы обработки сигналов датчиков.

Оконечными элементами дискретного вывода являются транзисторные или иные ключи с реле, контакты которых управляют цепями нагрузок.

Обработка информации и формирование команд обеспечивается ЭВМ в соответствии с программой обработки и управления.

В выходной блок "в" входят:

звуковой синтезатор 25;

бортовая радиостанция 17;

система 18 воздействия на летчика - подача 100% кислорода из кислородного тракта самолета и воздействия электро-, шумо- и звукостимуляции;

система 19 автоматического управления полетом;

система 20 катапультирования;

система 21 защиты самолета при угрозе извне;

система 22 записи текущей информации с ИКСЛ в реальном масштабе времени на бортовой самописец самолета;

система 24 автоматической посадки.

Устройство работает следующим образом.

Во время полета (Система включается в работу после сигнала бортовых систем самолета "шасси убрано") сигналы с датчиков 1-14 поступают в блок анализа "б". В блоке анализа "б" поступающие сигналы анализируются методом сравнения. За основу для сравнения принимается поведение летчика при управлении им самолетом в нормальном физиологическом состоянии. Эти данные получены научным и экспериментальным путем после долголетних исследований и вносятся в блок анализа как критерий.

При превышении данных, поступающих от датчиков 1-14, над данными, взятыми за основу, блок анализа "б" формирует и передает сигнал на звуковой синтезатор 25 для передачи летчику речевой информации об угрозе (конкретно сообщается, что необходимо предпринять, например: "притяни маску", "подними голову", "обожми ручку", "напряги ноги", "проверь кислород" и др.). Летчик должен в ограниченный период времени (период реакции летчика определен расчетным и экспериментальным путем) устранить нештатную ситуацию. В этом случае блок анализа "б" отменяет команду, поданную на звуковой синтезатор 25, и летчик продолжает полет в обычном режиме. В случае, если летчик не среагирует на сигнал звукового синтезатора 25 в установленный срок, блок анализа "б" формирует и передает команду на подачу сигнала:

на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета на безопасной или заранее заданной высоте;

на передачу через бортовую радиостанцию 17 на командный пункт сообщения: "борт N 28 летчик потерял сознание";

на запись в бортовой самописец 22 данных о времени и факте потери сознания летчиком;

на включение автоматической системы 19 управления полетом;

на включение автоматической системы 24 посадки;

на включение системы 20 катапультирования (в случае расхода всего топлива, возгорания двигателей, повреждения самолета и др.);

на включение системы 18 подачи 100% кислорода для скорейшего восстановления летчика;

на включение системы 23 электростимуляторов для скорейшего восстановления летчика;

на включение системы 26 шумо- и звукостимуляторов для скорейшего восстановления летчика;

на включение систем 21 защиты самолета при угрозе извне.

В любой момент времени (в том числе и в случае, если замешкавшийся летчик не вовремя отреагировал на речевой запрос Системы), когда летчик способен контролировать ситуацию и управлять самолетом, нажатием "ответной кнопки" или голосовым сообщением (датчик 16 регистрирует ответ летчика) летчик отменяет все команды Системы и принимает управление на себя.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет с большой достоверностью определить функциональное состояние летчика в полете, оперативно воздействовать на его состояние, а при неспособности летчика вернуться к управлению самолетом данное изобретение позволяет доставить самолет и летчика на землю.